多AUV協(xié)同導(dǎo)航定位算法研究與性能分析.pdf

1、作為人類探索海洋的助力器，自主式水下航行器（AUV）被越來越多的用于進(jìn)行各種水下作業(yè)。但是受限于水下的特殊環(huán)境，傳統(tǒng)的GPS導(dǎo)航無法應(yīng)用，這使得AUV的水下導(dǎo)航異常困難。同時近年來隨著多機器人系統(tǒng)研究熱潮的掀起，多AUV系統(tǒng)由于其相對于單平臺具有諸多優(yōu)勢而受到越來越多的重視。本文即研究了在多AUV系統(tǒng)中，AUV之間通過共享導(dǎo)航信息來進(jìn)行協(xié)同定位的方法。
　　首先本文對多AUV協(xié)同導(dǎo)航系統(tǒng)中需要的部分關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了簡要介紹，其中包括

2、 AUV在進(jìn)行本體測量和外部測量時需要用到的導(dǎo)航傳感器、多 AUV協(xié)同導(dǎo)航中相互共享導(dǎo)航信息時需要的水下通信技術(shù)以及常用的水下導(dǎo)航技術(shù)。
　　然后本文分析了多AUV協(xié)同導(dǎo)航系統(tǒng)的定位原理及其基本結(jié)構(gòu)，并提出了一種改進(jìn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。同時針對AUV的水下運動建立了基本的非線性數(shù)學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上研究了基于不同非線性近似方法的協(xié)同導(dǎo)航定位算法。
　　對于非線性系統(tǒng)的泰勒級數(shù)近似，本文介紹了其基本原理并基于該原理給出了基于EKF的協(xié)

3、同導(dǎo)航定位算法，同時針對該算法進(jìn)行了部分改進(jìn)提出了基于迭代EKF的協(xié)同定位算法；對于非線性系統(tǒng)的UT近似，本文介紹了其基本原理并分析了其理論精度，最后結(jié)合多AUV協(xié)同導(dǎo)航的數(shù)學(xué)模型給出了基于UKF的協(xié)同定導(dǎo)航位算法；對于非線性系統(tǒng)的Stirling多項式差值近似，本文介紹了其基本原理并分析了其理論精度，同樣結(jié)合多AUV協(xié)同導(dǎo)航的數(shù)學(xué)模型，給出了基于CDKF的協(xié)同導(dǎo)航定位算法；對于非線性系統(tǒng)的蒙特卡羅近似，本文分析了其基本原理并給出了基于

4、粒子濾波的協(xié)同導(dǎo)航定位算法，通過將該算法與UKF結(jié)合，提出了基于UKF改進(jìn)的粒子濾波協(xié)同導(dǎo)航定位算法。同時為驗證上述算法的有效性，以航位推算算法為對比分別進(jìn)行了仿真實驗，并分析了算法的性能。
　　最后為分析協(xié)同導(dǎo)航算法的定位性能，以仿真實驗為基礎(chǔ)，對比了基于不同近似方法的協(xié)同導(dǎo)航定位算法的性能，并對不同算法各自的特點進(jìn)行了簡要分析。同時基于仿真實驗，本文還對不同觀測噪聲和不同更新頻率對協(xié)同導(dǎo)航定位性能的影響進(jìn)行了研究，并分析了各自